JPWO2021117302A1 - アルミニウム合金ターゲット、アルミニウム合金配線膜、及びアルミニウム合金配線膜の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金ターゲット、アルミニウム合金配線膜、及びアルミニウム合金配線膜の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金ターゲット、アルミニウム合金配線膜、及びアルミニウム合金配線膜の製造方法を提供する。【解決手段】上記目的を達成するため、一形態に係るアルミニウム合金ターゲットは、アルミニウムからなる主成分と、上記主成分に添加された元素群であり、０．００５ａｔ％以上０．８８％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群とを具備する。このようなアルミニウム合金ターゲットを用いれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金ターゲット、アルミニウム合金配線膜、及びアルミニウム合金配線膜の製造方法に関する。
液晶表示素子、有機ＥＬ表示素子等の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）では、例えば、Ａｌのような低抵抗金属が配線材として使用されることがある。
しかし、ゲート電極については、製造工程の途中で形成されため、ゲート電極形成後にアニール処理による熱履歴を受けることになる。このため、ゲート電極の材料としては、熱履歴に耐え得る熱耐性を備えた高融点金属（例えば、Ｍｏ）が使用されることが多い（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−１５６４８２号公報
しかしながら、曲面形状の画面を持ったディスプレイ、または折り曲げ可能なフォルダブルディスプレイの曲面部に、Ｍｏのような高融点金属を電極材として適用した場合、高融点金属が充分な屈曲耐性を持っていないことから、電極が屈曲によって破断する可能性がある。
さらに、Ｍｏのような高融点金属は、Ａｌのような低抵抗金属に比べて抵抗率が高い。このため、ディスプレイのサイズが上昇するにつれ、ディスプレイにおける表示遅延を招来する可能性がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金ターゲット、アルミニウム合金配線膜、及びアルミニウム合金配線膜の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るアルミニウム合金ターゲットは、アルミニウムからなる主成分と、上記主成分に添加された元素群であり、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群とを具備する。
このようなアルミニウム合金ターゲットを用いれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が形成される。
上記のアルミニウム合金ターゲットにおいては、上記主成分と、上記元素群と、不可避成分とからなってもよい。
このようなアルミニウム合金ターゲットを用いれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が形成される。
本発明の一形態に係るアルミニウム合金ターゲットは、アルミニウムからなる主成分と、
上記主成分に添加され、０．２ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄からなる添加元素とを具備する。
このようなアルミニウム合金ターゲットを用いれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が形成される。
本発明の一形態に係るアルミニウム合金配線膜は、アルミニウムからなる主成分と、上記主成分に添加された元素群であり、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群とを具備する。
このようなアルミニウム合金配線膜によれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が得られる。
上記のアルミニウム合金配線膜においては、上記主成分と、上記元素群と、不可避成分とからなってもよい。
このようなアルミニウム合金配線膜によれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が得られる。
本発明の一形態に係るアルミニウム合金配線膜の製造方法においては、アルミニウムからなる主成分と、上記主成分に添加された元素群であり、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群とを有するスパッタリングターゲットが準備され、上記スパッタリングターゲットを用いて基板にアルミニウム合金配線膜が形成され、上記アルミニウム合金配線膜が４５０℃以下で加熱処理される。
このような製造方法によれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金配線膜が形成される。
以上述べたように、本発明によれば、低抵抗であり、耐熱性、屈曲性に優れたアルミニウム合金ターゲット、アルミニウム合金配線膜、及びアルミニウム合金配線膜の製造方法が提供される。
図（ａ）及び図（ｂ）は、本実施形態に係るＡｌ合金膜を有する薄膜トランジスタの概略断面図である。 複数のＡｌ合金膜の成膜直後及び加熱処理後での表面粗さの変化を示すグラフ図である。 Ａｌ純金属膜、複数のＡｌ合金膜の成膜直後及び加熱処理後での抵抗率ρ（μΩ・ｃｍ）の変化を示すグラフ図である。 図（ａ）は、Ｆｅの濃度が０．１ａｔ％以上であり、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系の表面粗さを示すグラフ図である。図（ｂ）は、Ｆｅの濃度が０．１ａｔ％以上であり、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系の成膜直後及び加熱処理後での抵抗率ρ（μΩ・ｃｍ）の変化を示すグラフ図である。 図（ａ）〜図（ｈ）は、加熱処理後のＡｌ純金属膜及び複数のＡｌ合金膜の表面ＳＥＭ像である。 図（ａ）及び図（ｂ）は、ガラス基板上に形成したＡｌ合金膜をエッチングした後におけるガラス基板表面のＳＥＭ像の一例が示されている。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。
本実施形態に係るアルミニウム合金ターゲットを説明する前に、アルミニウム合金ターゲットが使用されるデバイスの構造、作用の一例を説明する。
（薄膜トランジスタ）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係るＡｌ合金膜を有する薄膜トランジスタの概略断面図である。
図１（ａ）には、トップゲート型の薄膜トランジスタ１が示されている。薄膜トランジスタ１では、ガラス基板１０上に、活性層（半導体層）１１、ゲート絶縁膜１２、ゲート電極１３、及び保護層１５が積層されている。活性層１１は、例えば、ＬＴＰＳ（low temperature poly-silicon）で構成される。活性層１１は、ソース電極１６Ｓ及びドレイン電極１６Ｄに電気的に接続されている。
図１（ｂ）に示す薄膜トランジスタ２は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタ２では、ガラス基板１０上に、ゲート電極１３、ゲート絶縁膜２２、活性層２１、ソース電極２６Ｓ、及びドレイン電極２６Ｄが積層されている。活性層２１は、例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）系酸化物半導体材料で構成される。活性層２１は、ソース電極２６Ｓ及びドレイン電極２６Ｄに電気的に接続されている。
ゲート電極１３の厚みは、特に限定されず、例えば、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、好ましくは、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。１００ｎｍ未満の厚みではゲート電極１３の低抵抗化が困難になる。６００ｎｍを超える厚みでは、薄膜トランジスタ２の屈曲耐性が低下する傾向にある。ゲート電極１３は、本実施形態に係るアルミニウム（Ａｌ）合金膜で構成される。ゲート電極１３の比抵抗は、例えば、１５μΩ・ｃｍ以下、好ましくは、１０μΩ・ｃｍ以下、さらに好ましくは、３．７μΩ・ｃｍ以下に設定されている。
ゲート電極１３は、ベタ状のＡｌ合金膜がスパッタリング法で成膜された後、所定形状にパターニングされることで形成される。スパッタリング法は、例えば、ＤＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法等が適用される。ベタ状のＡｌ合金膜のパターニングには、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかが適用される。ゲート電極１３の成膜及びパターニングは、一般的に薄膜トランジスタ１、２の製造工程の途中で行われる。
また、薄膜トランジスタ１、２では、必要に応じて製造工程中に加熱処理（アニール）が施される。例えば、薄膜トランジスタ１では、ゲート電極１３を形成した後に、活性層１１の活性化、または活性層１１の水素補填のために、４５０℃以下で３０分以下の加熱処理が行われる場合がある。薄膜トランジスタ２でも、活性層２１またはゲート絶縁膜２２においては、欠陥補修のために同様の熱処理が行われる。
従前においては、ゲート電極１３の材料として、このような熱履歴に耐え得る高融点金属（例えば、Ｍｏ）を選択することが一般的になっていた。
しかし、最近では、薄膜トランジスタ１、２がフラット型の表示デバイスだけでなく、周縁部が湾曲したカーブ（Curved）型の表示デバイス、円弧状に折り曲げられたベンダブル（Bendable）型の表示デバイス、１８０度折り畳み可能なフォルダブル（Foldable）型の表示デバイス等に適用される場合がある。
このような表示デバイスの曲面部に、高融点金属（例えば、Ｍｏ）が主成分となったゲート電極が適用されると、高融点金属が充分な屈曲耐性を持っていないことから、ゲート電極の一部が亀裂して、該電極が破断する可能性がある。ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して対向する活性層にチャネルを形成する役割を有する。このため、表示デバイスの曲面部にゲート電極が適用された場合、ゲート電極は、亀裂、破断がなく、優れた屈曲耐性を備えていることが望ましい。
さらに、高融点金属の抵抗率は、金属の中でも比較的高く、薄膜トランジスタ１または２が組み込まれたディスプレイのサイズが上昇するにつれ、ディスプレイにおける表示遅延が起き得る。
これに対処するために、柔軟性に優れ、低抵抗のＡｌ純金属をゲート電極の材料に適用する方法がある。しかし、Ａｌ純金属でゲート電極を構成すると、熱履歴によってＡｌの結晶粒径が大径化し、ゲート電極内に応力（圧縮応力、引張応力）が発生して、電極表面にヒロックが発生する場合がある。
このようなヒロックがゲート電極から剥離すると、ゲート電極が高抵抗になったり、ゲート電極が断線したりする可能性がある。さらに、ヒロック上に別の膜が形成された場合には、この膜が下地のヒロックの形状を受けて、高抵抗になったり、膜が断線したりする。
また、ゲート電極１３のパターニングでは、ウェットエッチング及びドライエッチングのいずれかが適用されるため、ゲート電極１３においては、ウェットエッチング及びドライエッチングで残渣なく加工されることが要求される。
このように、ゲート電極１３を構成する電極材としては、ゲート電極１３が低抵抗であることは基より、屈曲半径１ｍｍに折り曲げられても耐え得る屈曲耐性を有していること、ヒロックが発生しにくい優れた耐熱性を有していること、残渣なくエッチング加工ができることが要求される。
（Ａｌ合金膜）
本実施形態では、上記の課題に対処するために、ゲート電極１３の材料として、Ａｌ合金膜が適用される。Ａｌ合金膜は、例えば、真空槽内でスパッタリング成膜によって形成される。また、Ａｌ合金膜は、ゲート電極１３のように所定の配線形状にパターニングされることから、本実施形態では、Ａｌ合金膜を総括的に金属配線膜と呼称する場合がある。
Ａｌ合金膜は、スパッタリングターゲットとしてのアルミニウム合金ターゲットを準備した後、このターゲットを用いてスパッタリング法により、ガラス基板等の基板に形成される。Ａｌ合金膜は、例えば、活性層１１、２１に施される熱処理とともに、４５０℃以下で加熱処理される。
本実施形態に係るＡｌ合金膜は、アルミニウムからなる主成分と、アルミニウムの主成分に添加された元素群とを具備する。元素群は、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウム（Ｖ）からなる（ａｔ％：atom％）。Ａｌ合金膜は、このほか、不可避成分を含んでもよい。この場合、Ａｌ合金膜は、主成分と、元素群と、不可避成分とからなる。ここで、不可避成分とは、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎなどがあげられる。
ここで、鉄の含有量が０．００５ａｔ％より小さいと、Ａｌ合金膜に加熱処理が施された場合、Ａｌ合金膜にヒロックが発生しやすくなり、好ましくない。一方、鉄の含有量が０．８８ａｔ％より大きいと、ターゲット組成の制御が困難となり、膜質の均一化が難しくなったり、アルミニウム合金膜のドライエッチング加工が容易でなくなったりするため好ましくない。
また、バナジウムの含有量が０．０１ａｔ％より小さいと、Ａｌ合金膜に加熱処理が施された場合、Ａｌ合金膜にヒロックが発生しやすくなり、好ましくない。一方、バナジウムの含有量が０．０５ａｔ％より大きいと、Ａｌ合金膜の抵抗率が高くなり、好ましくない。
また、Ａｌ合金膜は、アルミニウムからなる主成分と、この主成分に添加され、０．２ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄からなる添加元素とを具備してもよい。このＡｌ合金膜には、不可避元素が含まれてもよい。この場合、Ａｌ合金膜は、主成分と、鉄と、不可避成分とからなる。ここで、鉄の含有量が０．２ａｔ％より小さいと、Ａｌ合金膜に加熱処理が施された場合、Ａｌ合金膜にヒロックが発生しやすくなる傾向になり、好ましくない。一方、鉄の含有量が０．８８ａｔ％より大きいと、ターゲット組成の制御が困難となり、膜質の均一化が難しくなったり、アルミニウム合金膜のドライエッチング加工が容易でなくなったりするため好ましくない。
このようなＡｌ合金膜を用いれば、例えば、抵抗率が３．７μΩ・ｃｍ以下）以下であり、好ましくは、３．３μΩ・ｃｍ以下である低抵抗のゲート電極１３が形成される。さらに、Ａｌ合金膜は、優れた屈曲耐性を有するとともに、元素群の添加による優れた効果が発揮する。
例えば、元素群の添加による作用として、Ａｌ合金膜に加熱処理（４５０℃ｍａｘ、３０分ｍａｘ）がなされたとしても、Ａｌ合金膜にヒロックが発生しにくくなる。例えば、Ａｌ合金膜に加熱処理（４５０℃ｍａｘ、３０分ｍａｘ）がなされたとしても、Ａｌ合金膜におけるＡｌ粒子間での鉄濃度が相対的に高くなり、隣り合うＡｌ粒子同士の結合が抑制され、Ａｌ粒子が微小粒子の状態で留まる（微小粒径：１μｍ以下）。本実施形態における粒子の平均粒径は、レーザ回折法、電子顕微鏡像を用いた画像解析等によって求められる。
さらに、Ａｌ合金膜にバナジウムが含まれた場合、バナジウムは、アルミニウムに対する固溶強化元素であるため、Ａｌ粒子内ではＡｌとＶとの固溶が促進する。これにより、Ａｌ−Ｖの金属間化合物が分散形成され、Ａｌ粒子内でのＡｌの移動（Ａｌマイグレート）が抑制される。
これにより、Ａｌ合金膜に加熱処理がなされたとしても、Ａｌ粒子の巨大化、すなわち、ヒロック生成が抑えられ、耐熱性の高いＡｌ合金膜が形成される。
また、上記のＡｌ合金膜であれば、塩素系エッチャントを用いたウェットエッチング、ドライエッチングのいずれも可能になる。また、鉄、バナジウムは、希土類元素と比較して、ドライエッチングしやすく、アルミニウムと同等のエッチングレートで加工することができる。
（アルミニウム合金ターゲット）
スパッタリング成膜で用いられるスパッタリングターゲットとしては、アルミニウム合金ターゲット（Ａｌ合金ターゲット）が用いられる。
Ａｌ合金ターゲットとしては、Ａｌ合金膜と同じ組成のターゲットが準備される。例えば、Ａｌ合金ターゲットは、主成分である純度５Ｎ（９９．９９９％）以上のＡｌ純金属片に、アルミニウムの主成分に添加された元素群とを具備する。元素群は、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウム（Ｖ）からなる（ａｔ％：原子％）。
Ａｌ合金ターゲットは、このほか、２０ｐｐｍ以下の不可避成分を含んでもよい。この場合、Ａｌ合金ターゲットは、主成分と、元素群と、不可避成分とからなる。ここで、不可避成分とは、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎなどがあげられる。一例として、Ｓｉは、４ｐｐｍ以下、Ｃｕは、３ｐｐｍ以下、Ｍｎは、１ｐｐｍ以下、Ｚｎは、０．３ｐｐｍ以下である。
また、Ａｌ合金ターゲットは、アルミニウムからなる主成分と、この主成分に添加され、０．２ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄からなる添加元素とを具備してもよい。このＡｌ合金ターゲットには、不可避元素が含まれてもよい。この場合、Ａｌ合金ターゲットは、主成分と、鉄と、不可避成分とからなる。
Ａｌ合金ターゲットは、Ａｌ純金属片に、元素群が混合されて、これらの混合材料が誘導加熱等の溶解法により坩堝内で溶解されて、まずはＡｌ合金インゴットとして形成される。Ａｌ合金インゴットには、鍛造・圧延・プレス等の塑性加工が施され、Ａｌ合金インゴットが板状、円板状に加工されることで、Ａｌ合金ターゲットが作製される。
例えば、坩堝に、Ａｌ、Ｆｅ、及びＶのそれぞれの金属材料（金属片、金属粉）が設置される。または、Ａｌ及びＦｅのそれぞれの金属材料（金属片、金属粉）が設置される。次に、誘導加熱により、Ａｌ合金の融点（例えば、６５５℃）よりも、３００℃以上高い溶融温度（例えば、９５５℃）に各金属材料が加熱されて、各金属材料が坩堝内で溶融される。次に、この溶融温度から、溶融した金属が室温まで冷却されてアルミニウム合金インゴットが形成される。この後、アルミニウム合金インゴットは、必要に応じて鍛造され、アルミニウム合金インゴットが板状または円板状に切り出される。これにより、Ａｌ合金ターゲットが形成される。
ここで、スパッタリングターゲット用の合金インゴットを形成する方法として、金属材料の融点よりも若干高い溶融温度で金属材料を溶融し、その若干高い溶融温度から金属材料が冷却されて、合金インゴットを形成する方法がある。これは、溶融状態から冷却されるまでの冷却時間を短くすることにより、冷却過程で生じる金属間化合物の析出を避けるためである。しかし、この方法では、溶融温度が融点よりも若干高い温度に設定されることから、金属材料が充分に混合しなくなる可能性がある。
これに対して、本実施例では、Ａｌ合金の融点よりも、３００℃以上高い溶融温度で金属材料が加熱溶融されるため、それぞれの金属材料が充分に混合しあうことになる。ここで、溶融温度が高くなるほど、溶融温度から室温までの冷却時間が長くなり、金属間化合物が析出しやすくなるとも考えられる。しかし、本実施形態では、このようなＡｌ合金の融点よりも３００℃以上高い溶融温度からＡｌ合金インゴットが冷却されても、Ａｌ合金インゴット中に、金属間化合物が析出しにくくなるように、添加元素の濃度が調整されている。
添加される元素群の添加量が上記の範囲に設定されることにより、金属化合物の相図における固相線と液相線との温度差が小さくなり、金属間化合物等による初晶が坩堝内で沈降しにくいＡｌ合金インゴットが形成される。Ａｌ合金インゴット中には、添加元素が均一に分散されている。
このようなＡｌ合金ターゲットを用いてスパッタリング成膜されたＡｌ合金膜は、上記の優れた効果を奏する。
また、スパッタリングターゲットをＡｌ純金属のみで作製すると、Ａｌインゴットが鍛造・圧延・プレス等の塑性加工中に熱を受け、Ａｌインゴット中にＡｌ結晶粒が成長する場合がある。このようなＡｌインゴットから作製されたＡｌターゲットにもＡｌ結晶粒が存在することになり、成膜中にＡｌ結晶粒がプラズマからの熱を受けてＡｌターゲット表面で突起物が形成される。この突起物は、異常放電の原因になったり、成膜中に突起物がＡｌターゲットから飛び出したりする可能性がある。
これに対して、本実施形態のＡｌ合金ターゲットは、Ａｌ純金属にＦｅまたはＶが上記の添加量で添加されている。これにより、Ａｌ合金インゴットが鍛造・圧延・プレス等の塑性加工中に熱を受けたとしても、Ａｌ合金インゴット中にＡｌ合金結晶粒が成長しにくくなる。従って、Ａｌ合金ターゲットがプラズマから熱を受けても、Ａｌ合金ターゲット表面には突起物が発生しにくく、異常放電、突起物のスプラッシュが起きにくくなる。また、異常放電、突起物のスプラッシュが抑制されることから、Ａｌ合金ターゲットを高パワーのスパッタリング成膜にも適用することができる。
特に、Ｆｅが添加されたＡｌ合金インゴット（または、Ａｌ合金ターゲット）では、粒子間の粒界におけるＦｅの含有量が粒子内におけるＦｅの含有量よりも高くなる。さらに、Ａｌ合金インゴット（または、Ａｌ合金ターゲット）には、固溶強化元素であるバナジウムが含まれるため、Ａｌ粒子内ではＡｌとＶとの固溶が促進し、Ａｌ−Ｖの金属間化合物が分散形成される。これにより、Ａｌ粒子内でのＡｌの移動が抑制される。ここで、Ａｌ合金インゴット（または、Ａｌ合金ターゲット）にける粒子の平均粒径は、１００μｍ以上２００μｍ以下に調製される。
これにより、Ａｌ合金インゴット（または、Ａｌ合金ターゲット）においては、粒界が障壁となり、隣接する微粒子が結合して微粒子が粗大化する現象が抑制される。この結果、Ａｌ合金ターゲットの耐熱性は、さらに向上する。
Ａｌ合金膜の成膜条件、及び複数のＡｌ合金ターゲットを用いたＡｌ合金膜のそれぞれの特性を以下に示す。以下に示されるＡｌ合金膜は、上記の組成の一例であり、本実施形態でのＡｌ合金膜は、以下の例に限られない。
（Ａｌ合金膜の製造条件の一例）
放電電力：ＤＣ放電、５Ｗ／ｃｍ２
成膜温度：１００℃
成膜圧力：０．３Ｐａ
膜厚：２００ｎｍ
加熱処理：窒素雰囲気、４５０℃、０．５時間
上記の成膜条件によって、例えば、Ａｌ純金属膜、Ａｌ−０．１０ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｖ−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜が形成された。このほかＡｌ合金膜として、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．１０ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．２０ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｖ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０８ａｔ％Ｔｉ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｍｎ膜−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０８ａｔ％Ｔｉ膜−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０３ａｔ％Ｖ膜−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．２ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．４ａｔ％Ｆｅ膜、及びＡｌ−０．０１ａｔ％Ｖ膜−０．８ａｔ％Ｆｅ膜を作製した。
図１に示すデバイスにおいては、加熱処理が施されることから、加熱処理後のＡｌ合金膜においてヒロックがなく、低抵抗であることが目的となる。
図２は、複数のＡｌ合金膜の成膜直後及び加熱処理後での表面粗さの変化を示すグラフ図である。図２には、Ａｌ純金属膜の結果も示されている。図２の縦軸は、ＡＦＭで計測された粗さ曲線の最大谷深さ（Ｐ−Ｖ）である。図中の「○」は、成膜直後のＰ−Ｖを示し、「●」は、加熱処理後のＰ−Ｖを示している。
図２には、最も左側にＡｌ純金属膜（Ｐｕｒｅ Ａｌ）の結果が示され、これ以外は、複数のＡｌ合金膜のそれぞれの結果が示されている。Ａｌ純金属膜については、２つの膜（符号１、２）を形成している。成膜直後のＰ−Ｖと、加熱処理後のＰ−Ｖとの差ΔＰＶが大きくなるほど、加熱処理後における表面凹凸が大きくなることを意味し、加熱処理後にヒロックが形成している可能性が高いことを示唆する。
図２の結果から、Ａｌ純金属膜では、他のＡｌ合金膜に比べて、ΔＰＶが大きくなることが認められた。また、Ａｌ−０．０８ａｔ％Ｔｉ膜のΔＰＶは、Ａｌ純金属膜のΔＰＶと同程度になることが分かった。
Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｖ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｍｎ膜−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０８ａｔ％Ｔｉ膜−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜では、Ａｌ純金属膜のΔＰＶより小さいものの、ΔＰＶの上昇が見られた。
これに対して、Ａｌ−０．２ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜では、ΔＰＶが０に漸近している。
特に、Ａｌ−Ｆｅ合金膜に、Ｖを添加することでＡｌ−Ｆｅ合金膜よりもさらに低いΔＰＶが得られることが分かった。
図３は、Ａｌ純金属膜、複数のＡｌ合金膜の成膜直後及び加熱処理後での抵抗率ρ（μΩ・ｃｍ）の変化を示すグラフ図である。図中の破線は、加熱処理後における抵抗率の目標値の最大値３．７μΩ・ｃｍ以下である。図中の「○」は、成膜直後の抵抗率を示し、「●」は、加熱処理後の抵抗率を示している。
ΔＰＶが０に漸近した、Ａｌ−０．２ａｔ％Ｍｎ膜、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、及びＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜の抵抗率変化に注目すると、これらの中、Ａｌ−０．２ａｔ％Ｍｎ膜の抵抗率は、目標値（３．７μΩ・ｃｍ以下）とならなかった。
これに対して、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜及びＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜では、ΔＰＶが０に漸近するとともに、それぞれの抵抗率が目標値（３．７μΩ・ｃｍ以下）となることが分かった。
これらの結果は、Ａｌ−Ｆｅ二元系のＡｌ合金膜について、ヒロックがなく、低抵抗のＡｌ合金膜を形成するには、ＦｅがＡｌ合金膜中に０．１ａｔ％以上必要であることを意味している。また、Ｆｅの濃度が０．１ａｔ％より低くても、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系のＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜とすることで、ヒロックがなく、低抵抗のＡｌ合金膜が形成されることが判明した。
図４（ａ）は、Ｆｅの濃度が０．１ａｔ％以上であり、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系の表面粗さを示すグラフ図である。図４（ｂ）は、Ｆｅの濃度が０．１ａｔ％以上であり、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系の成膜直後及び加熱処理後での抵抗率ρ（μΩ・ｃｍ）の変化を示すグラフ図である。
Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系の膜としては、Ａｌ−０．０３ａｔ％Ｖ膜−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．２ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．４ａｔ％Ｆｅ膜、及びＡｌ−０．０１ａｔ％Ｖ膜−０．８ａｔ％Ｆｅ膜が作製された。
このようなＡｌ−Ｆｅ−Ｖ三元系では、Ａｌ−０．０３ａｔ％Ｖ膜−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．２ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０２ａｔ％Ｖ膜−０．４ａｔ％Ｆｅ膜、Ａｌ−０．０１ａｔ％Ｖ膜−０．８ａｔ％Ｆｅ膜とすることで、いずれの膜においても、表面粗さが１００ｎｍ以下に抑えられ、ヒロックがなく、抵抗率が３．７μΩ・ｃｍよりもさらに低い３．５μΩ・ｃｍ以下のＡｌ合金膜が形成されることが判明した。
図５（ａ）〜図５（ｈ）は、加熱処理後のＡｌ純金属膜及び複数のＡｌ合金膜の表面ＳＥＭ像である。表面ＳＥＭ像では、ヒロックがＡｌ合金膜表面に析出した場合、ヒロックが白い粒子として写し出される。
図５（ａ）のＡｌ純金属膜、図５（ｂ）のＡｌ−０．１ａｔ％Ｍｎ膜、図５（ｄ）のＡｌ−０．０５ａｔ％Ｖ膜、図５（ｆ）のＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ膜、図５（ｇ）のＡｌ−０．０８ａｔ％Ｔｉ膜では、ヒロックが観測された。なお、図５（ｃ）のＡｌ−０．２ａｔ％Ｍｎ膜では、ΔＰＶは０に漸近したものの、ＳＥＭでは若干ヒロックが観測された。
これに対し、図５（ｅ）のＡｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜、及び図５（ｈ）のＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜にはヒロックが観測されなかった。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ガラス基板上に形成したＡｌ合金膜をエッチングした後におけるガラス基板表面のＳＥＭ像の一例が示されている。ここで、図６（ａ）には、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜をエッチングした例が示され、図６（ｂ）には、Ａｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜をエッチングした例が示されている。
ドライエッチングにおいて、エッチングガスは、Ｃｌ２（５０ｓｃｃｍ）／Ａｒ（２０ｓｃｃｍ）の混合ガスである。エッチング圧は、１．０Ｐａである。放電電力は、基板バイアス電力が４００Ｗの状態で、６００Ｗである。ウェットエッチング液としては、リン酸／硝酸／酢酸／水の混合溶液（通称、ＰＡＮ）が用いられている。液温は、４０℃である。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜及びＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜では、いずれもガラス基板上に残渣なくドライエッチング及びウェットエッチングが可能になることが分かった。
また、屈曲試験用の基板として、２層構造のＳｉＮ膜（２００ｎｍ）／ポリイミド層（２５μｍ）基板を準備し、ＳｉＮ膜上に、Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜及びＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜のそれぞれを成膜した。屈曲試験での屈曲半径は、１ｍｍである。試験速度は、３０ｒｐｍである。
Ａｌ−０．１ａｔ％Ｆｅ膜及びＡｌ−０．０５ａｔ％Ｆｅ−０．０５ａｔ％Ｖ膜のいずれにおいて、加熱処理後には、１０００００回の屈曲回数でクラックが発生しないことが認められた。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。
１、２…薄膜トランジスタ
１０…ガラス基板
１１、２１…活性層
１２、２２…ゲート絶縁膜
１３…ゲート電極
１５…保護層
１６Ｓ、２６Ｓ…ソース電極
１６Ｄ、２６Ｄ…ドレイン電極

Claims (6)

  1. アルミニウムからなる主成分と、
    前記主成分に添加され、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群と
    を具備するアルミニウム合金ターゲット。
  2. 請求項１に記載されたアルミニウム合金ターゲットであって、
    前記主成分と、前記元素群と、不可避成分とからなる
    アルミニウム合金ターゲット。
  3. アルミニウムからなる主成分と、
    前記主成分に添加され、０．２ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄からなる添加元素と
    を具備するアルミニウム合金ターゲット。
  4. アルミニウムからなる主成分と、
    前記主成分に添加された元素群であり、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群と
    を具備するアルミニウム合金配線膜。
  5. 請求項４に記載されたアルミニウム合金配線膜であって、
    前記主成分と、前記元素群と、不可避成分とからなる
    アルミニウム合金配線膜。
  6. アルミニウムからなる主成分と、前記主成分に添加された元素群であり、０．００５ａｔ％以上０．８８ａｔ％以下の鉄及び０．０１ａｔ％以上０．０５ａｔ％以下のバナジウムからなる元素群とを有するスパッタリングターゲットを準備し、
    前記スパッタリングターゲットを用いて基板にアルミニウム合金配線膜を形成し、
    前記アルミニウム合金配線膜が４５０℃以下で加熱処理される
    アルミニウム合金配線膜の製造方法。
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